自由落体的速度时间高度公式是什么

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问题描述:

自由落体的速度时间高度公式是什么呢

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2023-10-24 05:27:51

泻药。

首先我们需要一个描述空气阻力需要一个经验公式。这里把这个公式取为:。c是空气阻力系数,是空气密度,S是物体的迎风面积,v是物体相对于空气速度。从这个式子可以看出,不同的物体受到的空气阻力是不一样的。这是合理的比如降落伞的迎风面积就很大,所以降落伞下降的时候受到的空气阻力就很大,正因为这样降落伞才能保护跳伞者。

物体一但确定之后,迎风面积S也就确定了,这时候空气阻力之和速度的平方成正比。我们可以把这个比例系数定为k,。这样空气阻力大小就可以写成。

物体在下落过程中只受到重力和空气阻力。取向下为正方向,则重力大小为正,空气阻力为负。由牛顿第二定律可得:,所以可以写出如下的非线性微分方程:

初始时刻速度为0,即。初始时刻下落距离为0,即。由这两个初始条件配合得到的微分方程,就可以得到下落距离与时间的函数关系:

其中ln是对数函数,cosh是双曲余弦函数。下落速度随时间的变化关系通过对x(t)求导得到:

其中tanh是双曲正切函数。

从v(t)函数的表达是可以发现,当t趋近于无穷大的时候,v(t)以 为极限。这说明考虑空气阻力之后,速度不会像没有空气阻力那样无限制增加,它最终会达趋于一个稳定值,之后的运动便可视为匀速直线运动。这个稳定值也可以通过阻力等于重力得到,即用方程 解得。

最后下落距离x(t)和速度v(t)随着时间变化的图像大概如下。正如前面所说的,速度有一个极限,随着时间不短增大,v(t)曲线无限向图中的虚线靠拢。

有时候在速度不是很大的时候,也采用阻力正比于速度而不是速度二次方的经验公式。在那种情况下也有类似的结论。

其他答案

2023-10-24 05:27:51

回答是:自由落体运动是初速度为零,加速度为a=g的匀加速直线运动,公式如下:

速度v=gt,h=1/2gt^2

v^2=2gh

计算时a=9.8m/s^2,近似取10m/s^2。

落地时间由高度决定。

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